微硬盘伺服系统的跟踪控制

论文摘要

微硬盘正朝着体积小，容量大的方向发展，这对磁头的定位精度提出了较高的要求，为此研究微硬盘伺服系统的跟踪控制提高其控制性能是十分必要的．基于此，本文就单级控制及双级控制问题，展开理论分析和数值实验研究．主要研究工作如下：首先，为了减少微硬盘伺服系统中磁头定位时间，在已有一种描述该系统的时变线性系统的基础上，探讨其跟踪控制方案．依据线性系统理论设计降阶观测器及相应的控制器，并以Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式为基础，分析系统的稳定性．将所设计的控制器和相关的控制器进行比较分析，数值实验表明，该控制器能使磁头较快跟踪到指定的参考信号．其次，探讨微硬盘伺服系统的扰动衰减问题．在此，在已有时变线性系统中引入随机扰动项，提出非线性全阶观测器和相应含有饱和项的反馈控制器，应用非线性稳定性理论，分析系统在所设计的控制器作用下的全局一致毕竟有界．实验上，将所设计控制器用于多种类型扰动下的系统，结果表明，磁头在控制器作用下，磁头快速进入并保持在指定磁道所容许范围内，扰动衰减速度快．再次，鉴于微硬盘支架共振现象较严重，单级控制较难使磁头有较高的读写精度，针对微硬盘双级伺服系统，考虑其观测器及控制器设计．在此控制器设计中引入可调参数，使微型驱动器的控制输出对音圈马达的跟踪误差进行有效的补偿，利用Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式，分析控制系统的稳定性．数值实验表明，所设计控制器使磁头总输出能较准确地跟踪指定参考信号，与单级控制效果相比，其跟踪速度快、定位精度高、噪声衰减能力强．最后，鉴于神经网络具有非线性逼近能力和对控制系统的在线控制能力，尝试利用神经网络研究微硬盘的双级控制问题．首先，利用神经网络对驱动器的模型进行辨识；其次，利用遗传算法确定PID控制器网络中初始权值及学习率；最后将所得控制器应用于微硬盘双级伺服系统进行测试．实验结果表明微型驱动器的控制输出能对音圈马达的跟踪误差实行有效的补偿，而且论证了设计的控制方案的合理性．

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 微硬盘伺服系统控制的研究概述
• 1.4 本文研究主要内容
• 第二章 微硬盘时变线性系统的跟踪控制
• 2.1 模型基本描述
• 2.2 降阶观测器、控制器设计及理论分析
• 2.3 数值实验
• 2.4 小结
• 第三章 微硬盘时变线性系统的随机扰动衰减
• 3.1 问题描述
• 3.2 状态重构及稳定性分析
• 3.3 数值实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 微硬盘双级伺服系统的跟踪控制
• 4.1 问题描述
• 4.2 观测器、控制器设计及理论分析
• 4.3 系统的随机扰动衰减
• 4.4 数值实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 微硬盘双级伺服系统神经网络控制
• 5.1 模型辨识
• 5.2 基于遗传算法及神经网络的控制器设计
• 5.3 数值实验
• 5.4 本章小结
• 总结与讨论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文